核物理与粒子物理导论----第三章（第1-8节）.pdf

第三章粒子源与粒子的测量
§ 粒子源
天然粒子源:放射源、宇宙线
加速器粒子源:
„ 静电加速器
„ 串列静电加速器
„ 直线加速器
„ 回旋加速器
„ 同步回旋加速器
„ 对撞机
„ 次级束流线与储存环
后续课程:《辐射物理基础》《加速器物理基础》
探测对象:带电粒子,中性粒子;稳定粒子,
非稳定粒子;重粒子;轻粒子
观测量:粒子种类;强度;能量;角分布;自旋等
§ 射线与物质的相互作用
:
主要是与核外电子发生库仑相互作用
带电粒子在阻止介质中,由于与核外电子的非弹性碰撞使原子发生激
发或电离而损失自己的能量,称电离损失。研究结果表明:只要不是能量
低的很重的带电粒子(比α粒子重),电离损失或电子阻止是带电粒子穿
过阻止介质时能量损失的主要方式。
(1)质子、α粒子等重带电粒子与物质相互作用:π
一个速度为υ、电荷ze的带电粒子穿过由原子序数Z的元素组成的纯阻止介
质时,由于与介质原子核外电子发生非弹性碰撞,经过单位路程后的能量υυ
损失或称阻止本领为:
d E 4 42 ZNez ⎡⎛ 2m 2 ⎞⎤
=− ln⎜ 0 ⎟()1ln −−−ββ22
2 ⎢⎜⎟⎥
d x m0 ⎣⎢⎝ I ⎠⎦⎥
式中m0为电子静止质量,β=υ/c,c为光速,N为阻止介质中单位体积的原
子数目,I为介质原子的平均电离电势,代表该原子中各壳层电子的激发和
电离能之平均值。方括号中第二、三两项是相对论修正项,其结果是使-
dE/dx随带电粒子速度增加而减少到一极小值之后,又重新随速度增加而增
加。这就是著名的贝特-布洛赫(Bethe-Block)公式。
mz 2
− xE ~dd
E
入射带电粒子能量E和在阻止介质中能量损失ΔE的乘积与mz2成正比,与
E成反比。
0
()−= ddd xEER
射程: ∫E
0
能量损失歧离与射程歧离:
απ 2
1 ⎡( − EE ) ⎤
()NEN = 21 exp⎢− 2 ⎥
⎣⎢α⎦⎥
α为分布宽度α
= 22 2 [πZNtze ] 21
:
γ射线和X射线分别起源于原子核能量变化过程和原子核外电子能量
状态变化过程。
γ射线与物质相互作用主要有三种机制,即光电效应、康普顿散射和
电子⎯正电子对产生。
−μd
0 = eII
总衰减系数μ可以分解为相对于光电效应、康普顿散射及电子对产生效应
的三部分衰减系数,即μ= τ+ σ+ k
μ
∞
μ− x
d xxe 1
R = ∫0 =
x 21 == ∞
μμ−μx d xe μ
∫0